Nadie ignora la influencia que ha tenido el hierro en el transcurso de la Historia y en el desarrollo de la civilización humana. Para esto basta considerar, por una parte, el nombre dado a una edad de la Prehistoria: Edad de Hierro, y por otra parte, el gran número de aparatos, máquinas, construcciones, etc., que poseen el hierro o el acero como material constructivo: locomotoras, máquinas de coser, puentes, rieles, tornos, etc.
En la naturaleza no existe hierro en estado nativo, salvo las pequeñas cantidades que se encuentran en los meteoritos. De modo que es necesario obtenerlo a partir de sus minerales, es decir, existe una metalurgia del hierro. Los minerales que se utilizan para la obtención del hierro son principalmente la hematita Taja, Fe203; la hematita parda, formada por el mismo óxido férrico hidratado, es decir, combinado con H20; la magnetita, Fe304, y la siderita, e03Fe. El método más usado en la metalurgia del hierro es la reducción de sus óxidos. En caso de usarse la siderita, el e03Fe es descompuesto previamente en el mismo proceso, por el calor
reaccionado), CO2, CO (pequeñas cantidades) y vapor de H20.
Dijimos que se añade entre una capa de carbón y otra de hierro una de fundente. Veamos cuál es la finalidad de éste. En todos los minerales existen, además del compuesto metalífero, sustancias que los vuelven impuros y que reciben el nombre de ganga en la jerga de minería. Esta ganga, cuya composición y proporción varían entre límites muy amplios, según los minerales y, aun para un mismo mineral, según el yacimiento de donde se lo haya extraído, suele 1110lestar en la metalurgia, de modo que hay que eliminarla de alguna manera. En el caso del hierro, l-a ganga puede estar compuesta por Si02 (di óxido de silicio, componente de la arena) o por C03Ca (carbonato de calcio). En caso de tratarse de una ganga silícica se añade C03Ca como fundente, y si se trata de una ganga calcárea se añade arena (Si02) como fundente. Al combinarse la ganga con el fundente da compuestos de bajo punto de fusión llamados, en general, escorias, que son fáciles de eliminar. En este caso la reacción entre el fundente y la ganga conduce al Si03Ca:
Si02 + C03Ca = CO2 + Si03Ca
o metasilicato de calcio que constituye, en el caso de la metalurgia del hierro, la escoria. Esta escoria, que como todas las escorias, según dijimos, es de bajo punto de fusión, desciende, junto con el hierro fundido producido, al crisol parte inferior del horno. Como la escoria no se disuelve en el hierro fundido y es menos densa, flota sobre la masa líquida de hierro y se retira por orificios convenientemente ubicados.
Como los gases que salen del alto horno lo hacen a temperaturas muy elevadas, y como en esta metalurgia se gastan cantidades enormes de calor, resulta económico aprovechar los gases calientes para calentar el aire que va a ser insuflado. De este modo, el aire que entra lo hace ya caliente, con lo que se ahorra el carbón que habría que quemar para calentarlo. El calentamiento previo del aire a insuflar mediante los gases calientes se realiza en unos dispositivos que se hallan cerca del horno, llamados recuperadores.
Los altos hornos suelen tener alturas comprendidas entre los 20 y 35 metros, siendo de unos 6 metros el ancho interno máximo. El funcionamiento de estos hornos es continuo: una vez en marcha se continúa ininterrumpidamente, y sólo se detiene el funcionamiento cuando es necesario reparar el horno. Un alto horno en pleno rendimiento produce en 24 horas unas 1 000 toneladas de hierro y otras tantas de escoria.
El hierro que se recoge en el crisol del horno se retira de tanto en tanto, y se llama sangría a la operación de retirarlo. El hierro bruto, que así se denomina el producto directo que sale del alto horno, contiene de 1,6 a 4 % de carbono y otras impurezas, variables con el mineral empleado, pero formadas comúnmente por Si, S, Mn y P. Si tiene más de 2 % de Si y poco Mn se forma por solidificación la llamada fundición griss, mientras que se obtiene fundición blanca en caso de que el hierro bruto contenga más de 4 % de Mn y poco Si. Las fundiciones así obtenidas se emplean raramente tal como salen del alto horno. El hierro colado es el resultado de una fusión de la fundición, que la priva de impurezas mecánicas groseras: trozos de carbón y de escoria.
Pero la mayor parte de las aplicaciones del hierro requieren una elaboración más complicada que la fundición. La primera etapa es una purificación de este producto hasta obtenerlo casi puro, forma en la cual se lo llama hierro dulce. Para obtener el hierro dulce a partir de la fundición, es necesario quitar a ésta la mayor parte del carbono y otras impurezas. Esto se hace mediante los procesos de pudelaje, de los convertidores de Bes-
semer y del método Siemens-Martins. Se obtienen así los varios productos conocidas con los nombres de hierro soldado o forjado (pudelaje), hierro laminado (Bessemer), etc. Estos nombres corresponden más bien al manipuleo posterior a que se someten los productos de los diversos métodos.
Tanto en los hornos Siemens-Martins, como en los convertidores Bessemer (o su variante, los Thomas), se prepara también el acero, mediante. la adición, durante el proceso de atino (purificación del hierro), de sustancias apropiadas. En el caso del acero común basta añadir fundición al hierro dulce, pues el acero tiene un porcentaje de carbono intermedio entre el de la fundición y el del hierro dulce, que prácticamente es puro, es decir, tiene muy poco carbono y otras impurezas. El carbono en el acero no es una impureza, pues sin él no hay acero. Los aceros llamados especiales contienen otros metales que forman aleación con el hierro. Así tenemos el acero inoxidable, que contiene níquel y cromo, el acero de giro rápido, con wolframio y cromo, etc.
El hierro dulce, forma comercial pura del hierro, es de color gris (en polvo fino, negro). Funde y hierve a temperaturas de 1 527°C Y 3 OOO°C, respectivamente. Su densidad es de 7,87 g/cm3• Químicamente es bastante activo, lo cual es un inconveniente, pues es atacado con facilidad por el O2, el vapor de H20 y el CO2 del aire. También lo atacan los ácidos comunes. Sus valencias son 2 y 3, Y da, en consecuencia, dos series de compuestos: ferrosas y férricos. Pertenece, como puede verse, al grupo VIII de elementos de la Clasificación Periódica.
En cuanto a las fundiciones y al acero común, tienen propiedades químicas similares a las del hierro, Difieren fundamentalmente en las propiedades mecánicas -que son aquellas por las cuales se utiliza una u otra variedad de hierro- y en algunas propiedades físicas. Así, por ejemplo, la fundición se presta para ser vaciada en moldes, debido a que su punto de fusión es bajo; pero es quebradiza y su resistencia a la tracción es pequeña. Con ella se hacen, fundamentalmente, piezas que, cumpliendo con alguna función, son al mis-mo tiempo decorativas. Así tenemos columnas, algunas rejas, etc.
El hierro dulce se presta para el forjado a fragua y yunque. El acero común adquiere temple cuando se lo calienta y enfría lentamente. Esta propiedad, junto con su gran resistencia mecánica, lo hace utilizable en sus múltiples aplicaciones.
Los aceros especiales tienen propiedades también especiales. Así, por ejemplo, el acero inoxidable, con el cual se hacen hoy cubiertos de mesa y baterías de cocina, tiene la propiedad fundamental de ser prácticamente inalterable en las condiciones a las cuales se lo somete.
Si bien es cierto que el hierro, por su abundancia y propiedades, es un elemento de valor inapreciable, tiene el inconveniente de su atacabilidad. Es conocida por todos la corrosión que se produce en el hierro cuando se halla expuesto a la intemperie. El producto de esta corrosión se llama herrumbre en el lenguaje común. La herrumbre está formada por óxido de hierro hidratado y en parte carbonatado. La corrosión del hierro producida por reacciones entre dicho metal y alguno de los componentes del aire (02' CO2 y H20) inutiliza anualmente en todo el mundo miles de toneladas de este metal. Por este motivo se ha creado una técnica para evitar en lo posible dicha corrosión. Los diversos métodos son:
Son pinturas que generalmente contienen, como pigmentas, óxidos de hierro . o de• plomo (rojos). Estas pinturas suelen usarse debajo de las pinturas decorativas. Es común ver rejas, cortinas metálicas, etc.
pintadas de rojo en ciertos sitIOS: se trata de los lugares más expuestos a la corrosión y se pintan así antes de las capas de la pintura negra, gris o de otro color que generalmente se usa para dar un aspecto agradable al objeto de hierro.
Dado que el estaño es un metal resistente a la acción de los agentes de corrosión, se suele recurrir a la protección que confiere una delgada capa de estaño, con lo cual se tiene la hojalata, de conocidas aplicaciones en la fabricación, principalmente, de envases para alimentos: conservas de carne, de pescado, galletitas, etc.
GALVANIZADO.
Para el hierro que se ha de exponer al aire libre, a la acción directa de los agentes de corrosión, el método de protección más eficaz es el galvanizado, que consiste en recubrir los objetos de hierro con una capa de cinc, metal que resiste bien la corrosión. Son conocidas las chapas canaleta de hierro galvanizado que se usan para techos y construcciones en general. Las torres, la "rueda" y la "cola", y otras partes de los "molinos de viento", están hechas casi siempre de hierro galvanizado.
ESMALTADO.
Es el proceso que origina el llamado "hierro enlazado" del comercio. Se usa en especial en vajilla de cocina, y consiste en aplicar a la vasija o instrumento de hierro una capa de un material de punto de fusión relativamente bajo, análogo al vidrio: el esmalte. La vajilla "enlazada" está siendo parcialmente desalojada por el aluminio y el acero inoxidable. Una variante del hierro "enlazado" es el acero vidriado, que se utiliza en la fabricación de recipientes para la industria química.
NIQUELADO, CROMADO.
Muchos son los objetos de uso diario que están fabricados con hierro sobre el cual se ha depositado luego, por medio de la electrólisis, una capa de un metal casi inatacable. Entre éstos los más comunes son el ní-quel y el cromo. En todos los casos se recubre primeramente el hierro con una capa electrolítica de cobre y luego de níquel. Cuando se "croma" se superpone al níquel la capa de cromo. No hay que confundir los aceros cramados con los aceros al cromo. Los segundos tienen cromo (y níquel) en toda su masa; los primeros sólo una capa de cramo (sobre otras de cobre y níquel) que los recubre.